[디스플레이] OLED 재료개발 개론 (유기화학 복습)

▶ 유기물의 결합

- 유기물이 결합을 하면 크게 시그마 결합과 파이 결합으로 나타납니다. 시그마 결합이라 함은 핵과 핵 사이를 공유하는 것이고, 파이 결합은 유기물의 오비탈 중에서 P오비탈을 통해서 한 쌍의 전자가 공유되며 결합을 형성하는 것을 말합니다.

시그마 결합은 핵에 의해 강하게 붙들려있기 때문에 파이 결합보다 강한 편입니다. 

따라서, 시그마 결합은 안정성이 높아 낮은 에너지를 가지기 때문에 안정한 상태를 가집니다. 그러나 파이 결합은 상대적으로 강하게 붙들린게 아닙니다. 핵으로부터 멀리 떨어져있기 때문에 안정화 되어있지 않아 높은 에너지를 가집니다.

 

파이결합을 갖기 위해서는 이중결합 그 이상이어야 합니다. 그리고 OLED 유기물 소재는 전하 이동이 기본적으로 일어나기 때문에 단일결합을 할 수는 없습니다. 즉, 이중 아니면 삼중이란 뜻이죠.

 

▶ 분자궤도함수이론 (MO)

- 공유결합은 원자궤도함수의 상호작용에 기인한 분자 궤도를 형성함에 의해 만들어집니다.

각각의 원자들이 결합을 하면 이제 결합과 반결합상태로 나뉘게 되는데요. 결합이라는 것은 

원자들이 결합함으로써 안정성을 찾은 경우를 말합니다. 안정하다는 것은 낮은 에너지 준위를 가진다는 것이구요.

반결합은 원자들이 결합하지 못해서 불안정한 상태가 된 것을 말합니다. 즉, 높은 에너지 준위를 가집니다.

 

탄소,질소,산소,플루오린을 기준으로 탄소와 질소까지는 시그마결합이 파이결합보다 낮은 에너지 준위를 가집니다.

그리고 파이결합부분을 HOMO라고 하구요. 정공(양극)을 만들어내는 자리.  그리고 파이스타결합을 LUMO라고 하구,

전자(음극)을 만들어내는 자리입니다.  이 사이를 HOMO-LUMO갭이라 합니다. Transpert Layer라고도 하죠.

 

▶ 흡수와 발광

- 발광은 여러분들이 잘 아실겁니다. 에너지를 방출하는 과정에서 나오는 빛을 의미하죠. 그러면 이 에너지를 흡수하는 과정 또한 있을것입니다. 이 에너지 흡수는 '파이 전자 흡수' 로 이루어지는데요. 파이 전자가 있으려면 이중결합이여야 합니다.  

- Chromophore(크로모포어 ; 발색단) : 자체적으로 빛을 흡수하는 단위 (탄소가 가장 좋음) 

- AuxoChromophore (옥소 크로모포어) : 자체적으로 빛을 흡수하지 않지만  크로모포어를 돕는 조색단. 질소와 산소가 많다.

 

즉, 가장 좋은 발광재료는 발색단과 조색단을 동시에 가지고 있는 애겠죠? 흡수가 잘된다는 의미니까요.

 

다음은 발광을 봅시다. 발광의 종류로는 형광과 인광이 있는데요. 형광은 Singlet에서 일어나는 것이고 인광은 Triplet에서 일어나는 것입니다. Singlet에서는 스핀의 합이 0입니다. 그러나 Triplet에서는 훈트의 규칙에 따라 하나의 오비탈에 하나의 전자씩만 먼저 채워져있습니다. 그렇기 때문에 스핀의  합이 0이 아니게 됩니다.

이들이 가지는 발광효율은 각각 형광 25% / 인광 75%입니다.  

 

* 추가로 알아두면 좋을 사실. 발광 파장을 제어하는 방법인데요. 이는 이중결합의 개수를 조절하는 것입니다. 

이중결합 개수가 늘어나면 발광파장은 장파장이 되는데요. 장파장이 되면 HOMO-LUMO의 갭이 줄어들게 됩니다.

따라서 RGB에 따라 파장을 늘릴지말지 결정하면 되겠습니다.